使用碳纳米管导电涂料| 2012-01-04 | PCI杂志 - 188bet搏金宝,188金宝搏bet官网

近年来,现代涂料的需求急剧增加。除了光学外观,新功能如改善机械性能,防静电或导电性所期望的行为。为了实现这一点,一些材料可以被纳入涂层膜。188金宝搏bet官网增强导电性物质如铜或银粒子,导电有机聚合物,或者可以使用炭黑。在许多情况下,这种材料用于纳米粒子的形式188金宝搏bet官网实现均匀分布在电影和低渗滤阈值。

有几种合成路线产生这样的纳米颗粒,但他们往往导致低收益率或材料需要进一步处理的最佳性能。188金宝搏bet官网这可能会导致材料价格高企,在结合原材料成本增加,总成本可以成为禁止的一些应用程序。一个例子将是银的使用。银的平均价格稳步增长在过去的几年里,和银纳米颗粒更加昂贵。对于涂料应用程序,现在大多数公司专注于非金属化合物,如碳材料,实现电导率。188金宝搏bet官网

碳存在不同的同素异形体,如金刚石、石墨、富勒烯和碳纳米管。而钻石由sp³杂化碳与立方晶格,所有其他已知的同素异形的形式包含sp²杂化碳原子,因此他们是导电性的首选。自1991年观察与饭岛爱,碳纳米管已经相当大的研究的重点。¹科学家已经报道的物理和力学性能对于这个迷人的碳的同素异形体。²

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从独特的电子性质,力学性能超过当前任何材料,碳纳米管为新材料系统的发展提供巨大的机会。特别是,碳纳米管的导电性好结合高纵横比提供功能性涂料的发展潜力。本文报告最新进展在使用添加剂基于碳纳米管的导电性增强几种涂层系统。

实验

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所有涂料都应用于玻璃面板或宠物衬托用铁丝酒吧在75µm湿膜厚度。后固化过程,所有面板都储存24小时在一个适应室,和表面电阻率测量在每个面板的三倍。

从配方如表1 - 3所示。多层碳纳米管从不同的供应商被用于水性分散体的形式。

结果与讨论

表3点击放大

确定多层碳纳米管的性能(MWCNT)在不同的水性涂料系统,我们使用一个基于Bayhydrol 145双组分实验,和两个单组分烘干系统基于Worleesol 61或Bayhydrol D155,分别。145系统开始固化后立即应用,而固化烘干系统是由高温。两种发酵系统提供不同的树脂化学;三聚氰胺醇酸/ 61年Worleesol和聚酯/三聚氰胺在Bayhydrol D155。三个系统之间的差异影响了MWCNT的分布在涂层内部,导致不同的渗滤阈值。

涂料,MWCNT剂量的0.5%到8.0%(计算固体树脂),和电影被应用在玻璃和宠物基质使用钢丝条达到75µm干膜厚度。电影与MWCNT 0.5%到2%已经很黑但还是半透明的,而高MWCNT浓度导致非透明的涂料(图1)。

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如图2所示,最低的渗滤阈值观察D155系统,其次是Worleesol 61系统。即使在低浓度MWCNT的0.5%至2%,防静电性能是实现,2%到4%的浓度MWCNT导致导电涂层表面电阻率低于10⁵W。

下面是一个可能的解释这一发现。MWCNT被纳入涂料的形式分散在碳纳米管的均匀分散润湿和分散添加剂和稳定。这个完美的分配转移到涂层系统中。双组分系统,固化后直接启动应用程序,使得碳纳米管在一个国家的说法。它导致了更高的渗滤阈值因为许多MWCNT处在一个孤立的位置并没有导致渗流网络。闪蒸出后的烘干系统开始固化时间和加热。这使得MWCNT结块在很小的范围内实现渗透。它也可以被描述为一种自组织,和树脂化学似乎也促成了这一过程。不幸的是,我们还不能清楚地看到分布的差异,REM显微镜来证明这个理论。

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除了影响树脂化学或固化的过程中,有一个重大贡献由于颗粒大小,长宽比和表面化学的导电颜料本身。我们使用两种不同的多层碳纳米管。第一个,MWCNT 1,表现出一些结构性缺陷和表面含氧组。MWCNT 2,第二个少结构性缺陷和极性表面,以及粒子长度略长。作为比较,我们使用导电炭黑,这提供了一个极表面和较低的粒子团聚体比MWCNT纵横比。图3显示MWCNT 2提供了低渗滤阈值相比,MWCNT 1 D155系统。

达到同一水平的表面电阻率,必须使用8%到10%之间的炭黑,MWCNT 1或1.5% MWCNT 2 2.5%。这种效应变得更加主要在Bayhydrol 145系统,MWCNT给几乎没有表面电阻率的提高。由于他们更多的极地粒子表面,保持了碳纳米管的说法状态在双组分实验系统,即使在高浓度的8%,电导率几乎没有提高。MWCNT 2比例较高,导致渗透网络,展示表面电阻率的10⁶窟MWCNT 2浓度为6%。

图3点击放大

很明显,碳纳米管的性能以及其他导电颜料强烈依赖于几个参数。首先,是导电涂料和涂层之间的交互矩阵。如果亲和树脂的导电颜料太高和导电颜料呆在一个完全分散的状态,形成渗透网络受阻。因此,应该使用导电颜料分散体的形式来保证一个好的初始分散状态。此外,润湿和分散添加剂使用必须保证良好的稳定以及合适的兼容性对涂层矩阵。渗流时将导电颜料可以凝聚的分子状态,仍保持良好的分布。很强的絮凝要避免;否则必要数量的导电颜料会太高。必须有一个好的平衡优化配置和最低集聚。

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第二点被认为是使用导电颜料具有高纵横比在低浓度时达到渗流。因此我们认为,碳纳米管可以提供一个强大的好处相比,碳黑人由于其结构的独特性(图4)。

相对于有机防静电(例如,那些基于季铵盐),导电颜料为涂料提供永久抗静电或导电行为。季铵盐可以创建一个薄水膜表面由于其高极性,但涂层的离子可以迁移矩阵,往往随着时间的推移导致性能下降。特别是碳纳米管,可以克服这缺点由于高纵横比和他们纠缠的趋势。图5显示了实验确定0.1%碳纳米管的表面。表面的碳纳米管出现在一些地方又消失在矩阵形成的三维网络。这保证良好的表面电导率,碳纳米管是强烈固定到矩阵。